[VẬT LIỆU] Siêu vật liệu graphene và những ứng dụng tuyệt vời trong tương lai

Graphene là một loại siêu vật liệu mới được các nhà khoa học phát minh ra, với nhiều ưu điểm như mỏng nhẹ, siêu bền và siêu cứng. Ứng dụng của siêu vật liệu này trong tương lai là rất rộng rãi, hứa hẹn làm thay đổi các ngành khoa học điện tử, công nghiệp và y học.

Trong thời gian gần đây, graphene nhanh chóng thu hút được sự chú ý của giới khoa học và công nghệ. Được ca ngợi như một “siêu vật liệu” của tương lai, graphene có thể tạo ra các tấm vật liệu không những vô cùng mỏng, nhẹ mà còn siêu bền và gần như trong suốt. Cụ thể, Graphene là một kiểu tấm cấu tạo từ các nguyên tử carbon liên kết với nhau theo kiểu hình lục giác tuần hoàn.

Đây được coi là mảnh vật chất mỏng và bền nhất thế giới hiện nay với độ bền đã từng được kiểm chứng là hơn thép tới 300 lần. Đồng thời, Graphene còn được công nhận là linh hoạt hơn rất nhiều so với silicon. Tốt hơn silicon, độ linh hoạt cao trong khi còn bền hơn thép và dẫn nhiệt tốt, graphene hiện đang được coi là loại chất liệu lý tưởng cho các thiết bị đeo trên người. Tuy nhiên, cũng vì những đặc tính hiếm có như vậy mà loạt vật chất này có giá thành sản xuất rất đắt đỏ.

Các nhà khoa học dự đoán siêu vật liệu graphene sẽ tạo bước đột phá lớn trong nhiều ngành khoa học, công nghệ điện tử và y học.

Chế tạo pin

Có lẽ vấn đề lớn nhất đối với hầu hết các thiết bị di động hiện nay là việc chúng cần sạc lại liên tục. Nhưng kể từ năm 2011, khi mà các kĩ sư trường đại học Northwestern phát hiện ra rằng các cực dương của graphene giữ điện tốt hơn cực dương của than chì – với thời lượng nạp nhanh hơn đến 10 lần – các nhà nghiên cứu đang tích cực thí nghiệm với hợp chất graphene để có thể áp dụng vào công nghệ pin.

Cuối tháng Năm vừa qua, các nhà khoa học tại đại học Rice của Mỹ đã phát hiện ra rằng graphene trộn lẫn với vanadi oxit (một giải pháp tương đối rẻ tiền) có thể tạo ra cực âm pin, có thể sạc tới 90% dung lượng chỉ trong 20 giây, và giữ khả năng đó ngay cả sau 1000 chu kì sử dụng.

Sản xuất vi mạch máy tính

Năm ngoái, các kĩ sư học viện công nghệ MIT và Harvard đã thành công trong việc sử dụng các mẫu DNA để mô hình hóa graphene thành các cấu trúc nano, mà cuối cùng có thể được chế tác thành các mạch điện. Mặc dù vậy, các nhà khoa học vẫn cần cải thiện thêm sự chính xác trong vận hành trước khi nó có thể thay thế silicon trong các con chip máy tính.

Các phương pháp này vẫn còn đang được thử nghiệm và rất tốn kém, nhưng với những tính năng của graphene thì tiềm năng cho các thiết bị điện tử làm từ vật liệu này là quá lớn.

Linh kiện smartphone

Graphene là chất liệu tổng hợp có rất nhiều điểm vượt trội so với các chất liệu thông thường: siêu bền nhưng cũng siêu mỏng. Nhờ có các đặc tính này, graphene được coi là một loại chất liệu “trong mơ” cho cả ngành công nghiệp điện tử lẫn các lĩnh vực khác.

Theo một tuyên bố của Samsung, hãng này cho biết đã tìm ra một biện pháp sản xuất mới có thể giúp đẩy mạnh quá trình thương mại hóa graphene, cho phép sử dụng loại vật liệu hoàn hảo này trên “màn hình dẻo, các thiết bị thời trang công nghệ và các sản phẩm điện tử tân tiến“. Trong tương lai, có thể chúng ta sẽ được thấy những chiếc smartphone có màn hình uốn cong được, hay những thiết bị thông minh mới màn hình dẻo có thể đeo trên người như một chiếc vòng tay.

Các tế bào năng lượng

Graphene có thể giúp chúng ta khai thác năng lượng tốt hơn. Ngoài pin cho điện thoại và đồng hồ thông minh, loại vật liệu này còn mang tới nhiều lợi ích cho điện năng và quang năng.

Năm ngoái, đại học công nghệ Michigan của Mỹ đã phát hiện ra rằng graphene có thể thay thế platinum, một thành phần quan trọng có giá thành rất đắt (khoảng 1500 USD/ounce) trong các tế bào năng lượng mặt trời. Nhờ vào cấu trúc phân tử của mình, graphene có độ dẫn và hoạt động xúc tác cần thiết để khai thác và chuyển đổi năng lượng từ mặt trời với hiệu suất cao.

Các ứng dụng mô sống

Gần đây giáo sư Aravind Vijaraghavan của trường đại học Manchester lại cho rằng graphene có thể tương tác tới các hệ thống sinh học của người – hay “giao tiếp với các tế bào của người” như cách ông miêu tả – mà cuối cùng có thể đưa ” Internet of Things ” lên một tầm cao mới. Graphene sẽ được sử dụng dưới các lớp phospholipid tổng hợp, và tính linh hoạt giúp nó hoạt động tốt với các hệ thống sinh học trong cơ thể.

Bên cạnh các thiết bị điện tử tiêu dùng, phạm vi ứng dụng của graphene thực tế là vô tận. Vì các đặc tính của graphene chỉ được khai thác khi nó được kết hợp với các thành phần khác như gas, kim loại hoặc các nguồn carbon khác, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm graphene để tạo nên anten, bộ lọc nước biển, cửa sổ, sơn, các cánh máy bay, vợt tennis, các thiết bị chuỗi DNA, mực và nhiều hơn nữa.

Theo Business Insider và Genk